Pumpspeicher Tüftler machen Gefällekraftwerk ohne Gefälle möglich

Ein Stuttgarter Unternehmen will Pumpspeicherkraftwerke bauen, die ohne natürliches Gefälle auskommen: Ein riesiger Zylinder wird im Untergrund mit Wasser gefüllt. Eine Pilotanlage soll in Saudi-Arabien entstehen.

Heindl Energy

Von Ralph Diermann


Zwei Wasserbecken auf unterschiedlicher Höhe, verbunden durch eine Rohrleitung, dazu Pumpen und Turbinen - mehr braucht es nicht für ein Pumpspeicherkraftwerk. Seit fast hundert Jahren gibt es diese Anlagen bereits. Und bis heute lassen sie alle anderen Technologien weit hinter sich, wenn es darum geht, Strom in großen Mengen zu speichern. Ein Vorzug, der mit dem weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien immer wichtiger wird.

Das Problem ist allerdings: Wegen des nötigen Gefälles kommen nur gebirgige Regionen als Standort für die Großspeicher infrage. Gebraucht werden sie aber künftig vor allem dort, wo es flach ist - in den Wüsten Chiles oder der arabischen Halbinsel zum Beispiel, wo derzeit riesige Solarkraftwerke entstehen. Oder an den Küsten, wo Strom von Windkraftanlagen auf hoher See in die Netze gespeist wird.

Speichergröße frei wählbar

Doch warum nicht das Pumpspeicherprinzip in den Untergrund verlagern und sich so unabhängig von der Topografie machen? Das ist der Grundgedanke eines neuen Großspeicherkonzepts, das das Stuttgarter Unternehmen Heindl Energy entwickelt hat.

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Wasser unter Steinzylinder: Pumpspeicherkraftwerk in der Wüste

Der Speicher besteht aus einem großen Kolben, der aus Felsgestein im Erdboden herausgesägt wird. Er ruht in einem Zylinder, dessen Boden über eine Rohrleitung mit einem Speicherbecken an der Oberfläche verbunden ist.

Soll Energie gespeichert werden, wird das Wasser aus dem überirdischen Becken unter den Zylinder gepumpt. Dadurch hebt sich der riesige Kolben langsam. Eine Ringdichtung verhindert dabei, dass das mit einem Druck von 70 Bar in den Zylinder gepresste Wasser im Spalt zwischen Kolben und Wand nach oben schießt.

Praxistest steht noch aus

Um den Speicher zu entladen, lässt man den Kolben wieder herab, sodass er das Wasser zurück in das Becken drückt. Dabei treibt das Wasser Turbinen an. Anschließend kann der Kreislauf von Neuem beginnen.

Nach Berechnungen von Heindl Energy wäre ein Kolben mit 250 Metern Durchmesser und 340 Metern Höhe nötig, um so viel Strom zu speichern wie Deutschlands größtes Pumpspeicherkaftwerk Goldisthal im Thüringer Wald.

"Man kann den Speicher aber auch kleiner oder größer bauen", erklärt Eduard Heindl, Gründer und Geschäftsführer des vom Schweizer Venturecapital-Investor HTG Ventures finanzierten Unternehmens. Das sei ein großer Vorteil gegenüber konventionellen Pumpspeicherkraftwerken. "Deren Leistung gibt die Landschaft vor", so Heindl.

Bei der Entwicklung des Konzepts hat sich Heindl Energy unter anderem vom Karlsruher Forschungsinstitut KIT und dem Ingenieursunternehmen ILF beraten lassen. Allerdings fehlt es bislang noch an einem Beweis, dass die Technologie tatsächlich funktioniert - sie existiert bislang lediglich auf dem Papier.

"Die Komponenten und Verfahren für den Bau eines solchen mechanischen Speichers sind zwar erprobt, weil sie bereits für andere Aufgaben genutzt werden", sagt Speicherforscher Oliver Schmidt vom Imperial College London. "Setzt man sie aber für den Bau des Speichers ein, betritt man Neuland. Das ist eine große Herausforderung."

Saudi-Arabien als Standort für Pilotanlage

Das sieht Friederike Kaiser vom Energie-Forschungszentrum Niedersachsen ähnlich. "Die Ausmaße eines Kolbenhubspeichers im Gigawattbereich sind enorm. Ob das in dieser Dimension technisch wirklich umsetzbar ist, muss sich erst noch zeigen", erklärt die Wissenschaftlerin.

Den Beweis für die Praxistauglichkeit des Konzeptes will das Unternehmen nun in Saudi-Arabien erbringen. Heindl Energy hat sich mit einem großen lokalen Bauunternehmen zusammengeschlossen, um eine Pilotanlage mit einem Durchmesser von 20 und einer maximalen Höhe von 30 Metern zu bauen.

Allerdings ist die Finanzierung des Vorhabens noch nicht endgültig geklärt. Derzeit verhandelt das Unternehmen mit der saudischen Regierung über Fördermittel für das Projekt. Eine schnelle Einigung vorausgesetzt, soll die Anlage 2019 in Betrieb gehen. Im nächsten Schritt wollen die Partner dann einen Speicher mit achtzig Metern Durchmesser bauen.

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CO2-Speicherung: Basaltgestein bindet Treibhausgas

Das Kolbenhubkonzept ist nicht die einzige kühne Großspeicheridee, an der Tüftler und Forscher derzeit arbeiten. Das Fraunhofer-Institut IWES zum Beispiel hat eine Speicherkugel entwickelt, die am Meeresgrund installiert wird. Sie nutzt den dort herrschenden Wasserdruck, um Windstrom zu speichern. Mit einem Testlauf im Bodensee haben die Wissenschaftler gezeigt, dass ihre Idee im Grundsatz funktioniert.

Forscher tüfteln an weiteren Großspeicherkonzepten

In einem anderen Projekt wollen Forscher der Universität Jena unterirdische, bislang als Erdgasspeicher genutzte Salzkavernen in Norddeutschland zu sogenannten Redox-Flow-Batterien umfunktionieren.

Beiden Projekten ist gemein, dass sie vor allem auf das Speichern von Windstrom zielen. Heindl Energy dagegen hat für seine Technologie zunächst Solarkraftwerke in Südamerika, Nordafrika und auf der arabischen Halbinsel im Visier. "Dort findet man sehr gute geologische Bedingungen für den Bau der Speicher vor", sagt Eduard Heindl. Das bedeutet: kompaktes, homogenes Felsgestein, das nicht so schnell Risse bildet.

Gut vierzig Prozent der weltweiten Landmassen böten einen passenden Untergrund, so Heindl. Auch in Deutschland gebe es geeignete Standorte, um solche Speicher zu bauen. Doch das ist für das Unternehmen erst einmal kein Thema. Heindl nennt dafür wirtschaftliche Gründe. Jedoch ist ohnehin fraglich, ob Anwohner hierzulande akzeptieren würden, dass bei voller Ladung des Speichers ein riesiger Kolben in der Landschaft herumsteht.



insgesamt 231 Beiträge
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tronicum 16.01.2018
1. "ohne Gefälle"
Die Überschrift ist irreführend. Von "ohne Gefälle" kann keine Rede sein wenn man einen Zylinder von 350 in den Boden sägt und dann mit dem Wasser den Hohenunterschied ausnutzt. Genau das IST die Definiton von Gefälle.
mwroer 16.01.2018
2.
"Jedoch ist ohnehin fraglich, ob Anwohner hierzulande akzeptieren würden, dass bei voller Ladung des Speichers ein riesiger Kolben in der Landschaft herumsteht." Warum nicht? Windräder, Kühltürme und anderes Zeug wird doch auch akzeptiert. Solange eine Firma wie VW die Erlaubnis hat das Stadtbild mit 2 beleuchteten Autotürmen zu verschandeln, sehe ich in neutral gehalten 'Kolben' absolut kein Problem.
rbn 16.01.2018
3. und wieder haben schwäbische Tüftler zugeschlagen
hier die Idee und als Nächstes entstehen im Ländle neue Arbeitsplätze. (Vorsichtige Frage: warum nicht in Bremen oder in MeckPomm ?
nach-mir-die-springflut 16.01.2018
4. Der geweckte Erfindergeist
Wenn dieser Kolbenhubpumpwasserspeicher wirklich den mathematischen Vorausberechnungen entspricht, ließe sich eine bedeutende Frage in dem Erneuerbare-Energien-Funktionskreislauf positiv beantworten, die nach den Pufferspeichern. Im Artikel heißt es, dass der Strom gespeichert wird - was nicht ganz richtig ist, es wird die Energie des Stroms gespeichert, beim Leeren des Speichers kommt es daher zur "Rückverstromung". Eine elektrische Batterie würde direkt Strom speichern. Was nicht ersichtlich ist, ist, warum Saudi-Arabien für diese Pilotanlage herhalten muss, warum steht die nicht in Deutschland? Es gab Berechnungen, die sagten, dass für die Erneuerbaren Energien 400 bis 600 Pumpwasserwerke gebaut werden müssten. 600 Zylinder mit 250 Metern Durchmesser und 350 Meter in der Höhe sind eher einfach zu installieren, 600 Pumpwasserseen anzulegen dagegen eher utopistisch.
specialsymbol 16.01.2018
5. Schmu
Da wird mal wieder verzweifelt nach der kompliziertesten Lösung gesucht. Einen Zylinder aus dem Boden sägen? Wem ist das denn eingefallen, einem Hersteller von Steinsägen? Es gibt so viele gute Ansätze wie man Energie einfach und günstig speichern kann. Thermisch, das geht viel einfacher als Stempel aus dem Boden zu sägen. Man kann auch Hügel künstlich aufschütten und obendrauf sowie dort, wo man die Landmasse entnommen hat, zwei Seen anlegen. Schaut man sich die Obertagebaue in Deutschland an scheint das auch gar kein Problem darzustellen, selbst Kirchen und ganze Ortschaften, die im Weg herumstehen, wären kein Hindernis. Das Hindernis ist einzig: der Braunkohleabbau wird massiv subventioniert, gleichzeitig arbeiten da ein paar mehr Leute als später in einem Pumpspeicherkraftwerk. Das Problem ist niemals die Technik, auch nicht die Kosten. Das Problem ist, dass ein paar Arbeitsplätze verloren gehen und gut eingefahrene Subventionen, von denen die üblichen Verdächtigen gut profitieren, verschwinden. Das lassen diese sowie ihre Freunde in der Politik nicht zu.
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